GPS-Durchbruch: hin zur Indoor-Navigation

Dem mittlerweile zum CSR-Konzern gehörenden GPS-/Navigations-Chip-Spezialisten SiRF Technology ist ein technischer Durchbruch bei GPS-Empfänger-ICs gelungen. Wir sprachen mit dem SiRF-Gründer und GPS-Guru Kanwar Chadha.

Warum wurde jetzt die neue GPS-Empfänger-Architektur entwickelt?

Kanwar Chadha: Tatsache ist, dass die Navigationsfähigkeit in die Mobiltelefone, Netbooks oder die Fotokameras und Spielekonsolen von Morgen eingebaut sein muss. Daraus folgt, dass die Navigation auch überall nutzbar sein muss – genauso, wie man das von den üblichen Telefonfunktionen gewohnt ist. Und da liegt die Problemstellung: Positionsdaten müssen jederzeit und an jedem Standort verfügbar sein, das Ganze bei geringstmöglicher Belastung der Batterie.

Worin bestehen generell die Verbesserungen bei SiRFstar IV gegenüber der Vorläufer-Generation SiRFstar III?

Im Wesentlichen besteht der Durchbruch beim SiRFstarIV darin, dass jederzeit Bedingungen aufrecht erhalten werden, welche Neustarts schneller machen. Schneller sogar, als es bislang bei Hot-Starts möglich war. Dies geschieht, ohne dass der Empfänger immer voll angeschaltet sein muss, was die Batterie sehr belasten würde. Bislang waren Entwickler von Mobiltelefonen deshalb gezwungen, den GPS-Empfänger bei Nutzungspausen vollständig abzuschalten, mit dem Effekt von lästigen langen Wartezeiten, bis dann endlich wieder eine Position ermittelt werden konnte.

Die neue SiRFaware-Technologie überwindet diese Einschränkungen mit oder ohne Mobilfunk-Netz-Anbindung, und das bei einer Stromaufnahme von nur 50 bis 500 Mikroampere für Hot-Start-Bedingungen. Auch spielt es keine Rolle mehr, ob ständig komplette Datensätze von den Satelliten empfangen werden können; bei schlechten Empfangsbedingungen genügen auch nur Bruchstücke von Daten, die dann der Reihe nach intelligent zusammengesetzt werden. Das spart letztlich Zeit und Energie, weil nicht ständig mit voll eingeschaltetem Empfänger nach kompletten Datensätzen gesucht werden muss.

Welches sind technisch die Verbesserungen im einzelnen?

Zunächst haben wir eine doppelte Suchkapazität im Vergleich zur Vorläuferfamilie, was zu einer weiter erhöhten Empfindlichkeit, verkürzten Time-to-first-Fix-Zeiten unter 1 Sekunde und zu verbesserter Positionsgenauigkeit führt. Darüber hinaus nutzen wir intelligente MEMS-Sensor-Unterstützung, um z.B. Bewegungen zu detektieren.

Die neue Generation der GPS-Chips registriert auch, wenn der Benutzer in einem Gebäude ist. Der Chip stellt fest, ob z.B. die WLAN- oder Bluetooth-Signale deutlich zunehmen und die Satellitensignale sehr schwach werden. Dann hält der Chip die letzten Positionsdaten, die sich beim Aufenthalt im Gebäude ja nicht wesentlich ändern, und schaltet das stromintensive Suchen nach Satelliten für diese Zeit einfach ab. Letztlich öffnet dies alles die Tür zur Indoor-Navigation.

Für Stromeinsparung sorgt auch ein Advanced-Power-Management mit integrierter Switched-Mode-Spannungsversorgung. Und schließlich nutzen wir spezielle Advanced-DSP-Algorithmen, um aktiv nach HF-Störungen zum Beispiel von WLAN oder Bluetooth  zu suchen und diese vor der Korrelation vom Signal zu trennen. Dies verbessert die Eigenschaften für die Standortbestimmung entscheidend und sorgt für ein zuverlässiges und robustes Design.

Welches konkrete Produkt mit all diesen Eigenschaften kann man nun am Markt erwarten?

Die erste Implementierung der SiRFstarIV-Architektur ist der Baustein GSD4t, der in einer host-basierten Umgebung arbeitet und der für Mobiltelefone und für andere platz- und stromaufnahme-kritischen Anwendungen optimiert ist. Der GSD4t-Empfänger schafft eine Positionsbestimmung bis herab zu -160 dBm, das Tracking gar bis hinab zu -163 dBm. Er verbraucht nur 8 mW im 1-Hz-TricklePower-Mode, was einer Verbesserung um 60 Prozent gegenüber dem SiRFstarIII entspricht.

Der Baustein hat die bereits erwähnte aktive Störer-Ausblendung sowie ein spezielles SAW-Filter-Design, einen integrierten LNA, integrierte Schaltregler und benötigt nur eine Versorgungsspannung von 1,8 V. Die HF-Anpassung ist unkompliziert, um auch problematische Antennenkonfigurationen in Mobiltelefonen beherrschen zu können. Das Ganze ist in einem kleinen Gehäuse von 3,4 x 2,7 mm. Benötigt werden lediglich ein Host-Prozessor mit etwa 5 MIPS Leistung und sechs bis acht passive Bauelemente. Muster sind jetzt verfügbar, Produktionsstückzahlen ab Oktober 2009.